DE10320946B4

DE10320946B4 - Seilwindenanordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE10320946B4
Application number: DE10320946A
Authority: DE
Inventors: Hubert Mert; Lothar Herbert Schirmel
Original assignee: Bauer Maschinen GmbH
Current assignee: Bauer Maschinen GmbH
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: CN1550448A; EP1475347B1; DE502004005175D1; EP1475347A3; CN1329280C; DE10320946A1; US20040232398A1; US7032887B2; EP1475347A2

Abstract

Seilwindenanordnung, insbesondere für den Spezialtiefbau, mit
– einer Seilwinde (22),
– einem Windenantrieb (24) mit einem Hydraulikmotor,
– einer Steuereinrichtung (21), durch welche ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus einstellbar ist, in welchem eine Auflast an einem Seil der Seilwinde (22) einstellbar ist,
– einer ersten Druckenergiequelle (20), mit welcher der Hydraulikmotor über eine erste Hydraulikleitung verbunden ist, und
– einem an der ersten Hydraulikleitung angeordneten Druckaufnehmer (8) zum Messen eines mit der Auflast korrelierten Hydraulikdruckes, wobei der Druckaufnehmer (8) mit der Steuereinrichtung (21) in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
– dass an der ersten Hydraulikleitung ein über die Steuereinrichtung (21) ansprechbares Ventil (9, 10) angeordnet ist, mit welchem zum Einstellen der Auflast im zweiten Betriebsmodus ein veränderlicher Volumenstrom aus der ersten Hydraulikleitung abführbar ist, und
– dass die Steuereinrichtung (21) zum Betätigen des Ventils (9,...

Description

Die Erfindung betrifft zum einen eine Seilwindenanordnung mit einer Seilwinde, einem Windenantrieb mit einem Hydraulikmotor, einer Steuereinrichtung, durch welche ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus einstellbar ist, in welchem eine Auflast an einem Seil der Seilwinde einstellbar ist, einer ersten Druckenergiequelle, mit welcher der Hydraulikmotor über eine erste Hydraulikleitung verbunden ist, und einem an der ersten Hydraulikleitung angeordneten Druckaufnehmer zum Messen eines mit der Auflast korrelierten Hydraulikdruckes, wobei der Druckaufnehmer mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht. Die Erfindung betrifft zum anderen ein Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung mit einer Seilwinde, einem Windenantrieb mit einem Hydraulikmotor, einer Steuereinrichtung und einer ersten Druckenergiequelle, mit welcher der Hydraulikmotor über eine erste Hydraulikleitung verbunden ist, bei dem für ein Heben und Senken in der Steuereinrichtung ein erster Betriebsmodus eingeschaltet wird, ein zweiter Betriebsmodus eingeschaltet wird, um eine Auflast an einem Seil der Seilwinde einzustellen, und zumindest im zweiten Betriebsmodus mittels eines Druckaufnehmers in der ersten Hydraulikleitung ein mit der Auflast korrelierter Druck gemessen wird.

Derartige Seilwindenanordnungen werden insbesondere im Spezialtiefbau eingesetzt. Derartige Winden dienen beispielsweise zum Senken und Heben sogenannter Pfahlbohrwerkzeuge, mit welchen Bohrungen mit einer Bohrtiefe von ca. 100 m und Bohrdurchmessern von ca. 1 m bis 3 m abgeteuft werden. Beim Pfahlbohren wird aufgrund des großen Bohrdurchmessers das Gesamtgewicht des Bohrstranges und gegebenenfalls eine zusätzliche Anpresskraft als Auflast für das Bohrwerkzeug verwendet.

Vom Pfahlbohren unterscheidet sich das sogenannte Brunnenbohren. Hierfür notwendige Brunnenbohrgeräte haben einen deutlich kleineren Bohrdurchmesser von etwa max. 300 mm bis 500 mm. Dafür müssen jedoch Bohrtiefen von mehreren 100 m bis etwa 1000 m erreichbar sein. Aufgrund des kleinen Bohrdurchmessers und der größeren Bohrtiefen wäre die durch das Eigengewicht des Bohrstranges erzeugte Auflast am Bohrkopf zu groß, so dass dieser geschädigt werden könnte. Um dies zu verhindern, muss die Auflast über die den Bohrstrang tragende Winde genau gesteuert reduziert werden. Eine solche Auflaststeuerweise wird üblicherweise mit speziellen Winden erreicht, welche zwei Antriebsmotore besitzen, wie es beispielsweise in der DE 41 34 742 C1 dargestellt ist.

Aus der DE 100 06 407 A1 ist ein hydrostatischer Antrieb für eine Winde zum Auf- und Abspulen eines Seils oder einer Kette bekannt. Mittels dieser bekannten Vorrichtung kann der Winde sowohl eine Aufspul- bzw. Abspulgeschwindigkeit vorgegeben werden als auch eine Zugkraft-Konstanthaltung vorgesehen werden, in welcher die auf das Seil bzw. die Kette einwirkende Kraft konstant gehalten wird. Zum Konstanthalten der Kraft wird die auf das Seil bzw. die Kette einwirkende Kraft über einen Sensor erfasst und der Messwert einer elektronischen Steuereinheit übermittelt. Mittels dieser Steuereinheit wird über ein Steuerventil das Fördervolumen einer Hydropumpe eingestellt.

Die DE 36 43 114 C2 offenbart eine Windensteuerung mit Seegangsfolgeeinrichtung, die einen hydraulischen Antrieb mit einer hydrostatischen Maschine für eine Seiltrommel sowie eine Steuerung aufweist. Die Steuerung ermöglicht ein Umschalten von Normalbetrieb auf Seegangsfolge bzw. umgekehrt, wobei bei Normalbetrieb der Antrieb der Seiltrommel drehzahlgeregelt in Richtung Hieven bzw. Fieren erfolgt und bei Seegangsfolge bei schwimmender Last der Antrieb der Seiltrommel das Seil straff hält. Bei der bekannten Windensteuerung ist das Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen der Maschine von einem Drehzahlregelkreis einstellbar, dessen Drehzahlregler von einem Drehzahlsollwert beaufschlagt ist, der in Normalbetrieb wählbar ist und bei Seegangsfolge auf eine das Seil straffhaltende Größe umschaltbar ist.

Aus der DE 101 16 342 A1 geht eine Hubwinde für Tiefbaugeräte hervor. Bei dieser bekannten Hubwinde wird die momentane Zugkraft an dem Windenseil kontinuierlich bestimmt und bei Unterschreiten der Zugkraft unter eine vorgebbare Restzugkraft die Leistung eines Windenantriebs entsprechend herabgesetzt und angepasst, wobei durch eine Regelung die Zugkraft über der Restzugkraft gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seilwindenanordnung und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, mit welchen bei einem besonders einfachen Aufbau eine zuverlässige Auflaststeuerung möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Seilwindenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Seilwindenanordnung ist vorgesehen, dass durch die Steuereinrichtung ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus einschaltbar ist, in welchem eine Auflast an einer Seilwinde einstellbar ist.

Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass eine Steuerung mit zwei Betriebsarten vorgesehen ist. Die Steuerung ist mit einem ersten Betriebsmodus ausgebildet, der für einen normalen Hebe- und Senkbetrieb ausgelegt ist. In diesem Betrieb kann ohne eine aufwendige Steuerung ein schnelles und effizientes Heben und Senken erfolgen, wie es beispielsweise für das Pfahlbohren ausreichend ist. Die Steuerung ist aber erfindungsgemäß auch auf einen zweiten Betriebsmodus umschaltbar, in welchem über eine Eingabemöglichkeit der Steuerung eine gewünschte reduzierte Auflast einstellbar ist, wobei die Steuereinrichtung über entsprechende Steuerorgane den Windenantrieb entsprechend steuert und überwacht. Die Steuerung kann dabei auch eine Regelung des Windenantriebes beinhalten. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Seilwindenanordnung erlaubt so einen Einsatz auch für das Brunnenbohren, ohne dass wie im Stand der Technik zwei Antriebe vorgesehen werden müssen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Windenantrieb einen Hydraulikmotor aufweist, der über Hydraulikleitungen mit einer Druckenergiequelle verbunden ist. Ein Hydraulikmotor erlaubt bei einer kompakten Anordnung eine hohe Kraftübertragung.

Eine besonders robuste und zuverlässige Steuerungsanordnung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass steuerbare Ventile vorgesehen sind, welche über die Steuereinrichtung ansteuerbar sind.

Eine Messung der Auflast an dem Seil, wie es beispielsweise für ein Brunnenbohren erforderlich ist, kann in zuverlässiger und einfacher Weise nach der Erfindung dadurch erreicht werden, dass in den Hydraulikleitungen mindestens ein Druckaufnehmer zum Messen eines Hydraulikdruckes angeordnet ist, wobei der Druckaufnehmer mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht. Gemäß einer Erkenntnis der Erfindung korreliert der Druck in der Hydraulikleitung mit der Auflast und kann so über eine entsprechende Berücksichtigung einer Korrelationsregel in der Steuereinrichtung zur Bestimmung und Steuerung bzw. Regelung der gewünschten Auflast am Bohrgerät verwendet werden.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Seilwindenanordnung ist es vorgesehen, dass an der Seilwinde eine hydraulisch betätigbare Haltebremse ausgebildet ist, welche über die Steuereinrichtung steuerbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung ist vorgesehen, dass für ein Heben und Senken in der Steuereinrichtung ein erster Betriebsmodus eingestellt wird und dass ein zweiter Betriebsmodus eingestellt wird, in welchem eine Auflast an einem Seil der Winde eingestellt wird. Durch das Verfahren können die vorstehend genannten Vorteile beim Betrieb der erfindungsgemäßen Seilwindenanordnung erreicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, welches schematisch in dem beigefügten Hydraulikschaltplan dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Seilwindenanordnung umfasst eine trommelförmige Seilwinde 22, welche drehbar in einer Halterung 23 gelagert und über eine schematisch dargestellte An triebswelle mittels eines Windenantriebes 24 antreibbar ist. Die Seilwinde 22 ist über eine Haltebremse 25 feststellbar, welche auf die Antriebswelle einwirkt. Der als einzelner Hydraulikmotor ausgebildete Windenantrieb 24 ist über eine nachfolgend näher erläuterte Hydraulikleitungsanordnung mit mindestens einer Druckenergiequelle 20 verbunden, welche eine hydraulische Pumpe ist.
Die Hydraulikleitungsanordnung umfasst eine Vielzahl von Ventilen, welche über eine Steuerungseinrichtung 21 zum Einstellen der beiden nachfolgend erläuterten Betriebsmodi ansteuerbar sind.
Erster Betriebsmodus für Vorschubwinde
Dieser erste Betriebsmodus wird beispielsweise für die bei Trockendrehbohrgeräten üblichen Verfahren verwendet.
Die Steuereinrichtung 21 stellt die Ventile folgendermaßen ein: Ventil 19 ist drucklos geschaltet; bei Ventil 13 ist Anschluss A gesperrt. Somit liegt kein Druck an den Ventilen 17 und 16 (und damit an 2) an. Das proportionale Stromregelventil 9, 10 ist in diesem Betriebsmodus ebenfalls geschlossen. Das Ventil 14 ist auf hohen Druck geschaltet.
Die als Konstantpumpe ausgebildete Druckenergiequelle 20 fördert also den Volumenstrom direkt über das Ventil 19 in einen nicht dargestellten Tank. Das Rückschlagventil 11 verhindert als zweite Sicherheitsstufe neben dem Ventil 17, dass Öl über die Leitung B' aus der Windensteuerung 26 abfließt. Die Auflaststeuerung ist somit nicht aktiv, sondern nur der normale Windenmodus. Die Druckenergie kann hierfür durch eine weitere nicht dargestellte Druckenergiequelle bereitgestellt werden.
Wird nun Druck auf "Heben" oder "Senken" gegeben, wird über das Wechselventil im Windensteuerungsblock 26 und über das Wechselventil 16 das Ventil 2 betätigt und somit die Haltebremse 25 geöffnet. Ebenso öffnet das Bremsventil im Windensteuerungsblock 26 – aber nur gerade soweit, dass der Windenantrieb 24 die Seilwinde 22 kontrolliert auf- oder abspulen kann.
Zweiter Betriebsmodus für die Auflaststeuerun
Dieser Betriebsmodus wird beispielsweise verwendet, wenn das Bohrgerät mit einer Spülbohrausrüstung, etwa zum Brunnenbohren, betrieben wird.
Das Ventil 19 wird umgeschaltet, so dass die Druckenergiequelle 20 Hochdruck erzeugen kann. Das Ventil 14 wird auf niedrigen Druck umgeschaltet. Diese Druckeinstellung ist höher als der Einspeisedruck, so dass über das Ventil 14 kein Öl aus dem Einspeisekreis abfließen kann. Ventil 9, 10 ist geschlossen. Das Ventil 13 kann nun umgeschaltet werden, um das Rückschlagventil 17 zu entsperren und die Haltebremse 25 mit Hilfe von Ventil 2 zu öffnen. Die Umschaltung von Ventil 13 wird nur freigegeben, wenn der Druckschalter 12 genügend hohen Druck anzeigt.
Nach Öffnen der Haltebremse 25 spult die Seilwinde 22 mit niedriger Geschwindigkeit auf, da die Druckenergiequelle 20 Volumenstrom liefert. Mit dem Druckaufnehmer 8 kann nun der zum Heben des freischwebenden Spülbohrstrangs notwendige Druck erfasst werden. Zum Errechnen der Last an der Winde (entspricht in diesem Zustand dem Eigengewicht des Bohrstrangs) anhand des Drucks muss die vom Ventil 14 erzeugte Vorspannung berücksichtigt werden.
Nun öffnet die Steuerung langsam Ventil 9, 10, so dass der Volumenstrom abfließen kann. Fließt mehr Volumenstrom ab, als von der Pumpe 20 gefördert wird, beginnt die Seilwinde 22 abzuspulen. Es ist in diesem Betriebsmodus also ein Abspulen des Seiles von der Seilwinde 22 mit einer vorgegebenen Auflast mit demselben Windenantrieb 24 möglich, der auch in einem normalen Windenbetrieb eingesetzt werden kann.
Wenn sich der Bohrstrang auf die Sohle absenkt, steigt die Auflast auf den Bohrkopf. Die Steuerung achtet nun darauf, dass die eingestellte Auflast nicht überschritten wird.
Durch die kontinuierliche Druckmessung am Aufnehmer 8 kann die Steuerung bei fallendem Druck und damit zu großer Auflast das Stromregelventil 9, 10 etwas schließen, um die vorgegebene Auflast wieder zu erreichen. Bei steigendem Druck am Druckaufnehmer 8 und damit zu geringer Auflast wird das Stromregelventil 9, 10 durch die Steuerungseinrichtung 21 entsprechend geöffnet.
Ist die Auflast also zu groß, wird durch die erfindungsgemäße Steuerung der Bohrstrang nicht mehr so schnell abgesenkt, wie der Bohrfortschritt ist, oder wird sogar angehoben. Ist die ermittelte Auflast zu niedrig, wird der Bohrstrang durch die Seilwinde 22 wieder schneller abgesenkt, so dass sich dieser stärker auf der Sohle abstützt.
Nach Beendigung des Abbohrens wird zum Ziehen des Bohrstranges wieder in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet.

Claims

Seilwindenanordnung, insbesondere für den Spezialtiefbau, mit – einer Seilwinde (22), – einem Windenantrieb (24) mit einem Hydraulikmotor, – einer Steuereinrichtung (21), durch welche ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus einstellbar ist, in welchem eine Auflast an einem Seil der Seilwinde (22) einstellbar ist, – einer ersten Druckenergiequelle (20), mit welcher der Hydraulikmotor über eine erste Hydraulikleitung verbunden ist, und – einem an der ersten Hydraulikleitung angeordneten Druckaufnehmer (8) zum Messen eines mit der Auflast korrelierten Hydraulikdruckes, wobei der Druckaufnehmer (8) mit der Steuereinrichtung (21) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, – dass an der ersten Hydraulikleitung ein über die Steuereinrichtung (21) ansprechbares Ventil (9, 10) angeordnet ist, mit welchem zum Einstellen der Auflast im zweiten Betriebsmodus ein veränderlicher Volumenstrom aus der ersten Hydraulikleitung abführbar ist, und – dass die Steuereinrichtung (21) zum Betätigen des Ventils (9, 10) in Abhängigkeit des gemessenen Hydraulikdrucks ausgebildet ist.
Seilwindenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (9, 10) als Stromregelventil, insbesondere als proportionales Stromregelventil, ausgeführt ist.
Seilwindenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Druckenergiequelle zur Versorgung des Hydraulikmotors im ersten Betriebsmodus vorgesehen ist.
Seilwindenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Druckenergiequelle über eine zweite Hydraulikleitung mit dem Hydraulikmotor in Verbindung steht, welche in die erste Hydraulikleitung einmündet.
Seilwindenanordnung nach Anspruch 4, dass in der ersten Hydraulikleitung zwischen der Einmündung der zweiten Hydraulikleitung und der ersten Druckenergiequelle (20) ein bevorzugt als entsperrbares Rückschlagventil ausgebildetes Ventil (17) angeordnet ist, welches zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der ersten Druckenergiequelle (20) und dem Hydraulikmotor im zweiten Betriebsmodus entsperrbar ist.
Seilwindenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seilwinde (22) eine hydraulisch betätigbare Haltebremse (25) ausgebildet ist, welche über die Steuereinrichtung (21) steuerbar ist.
Seilwindenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass am Hydraulikmotor eine weitere Betriebshydraulikleitung angeordnet ist, – dass in die weitere Betriebshydraulikleitung, insbesondere über ein Rückschlagventil (6), eine Einspeiseleitung zum Einspeisen von Hydrauliköl im zweiten Betriebsmodus einmündet, und/oder – dass in die weitere Betriebshydraulikleitung eine abführleitung einmündet, in der ein insbesondere als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes Druckventil (14) vorgesehen ist, welches mit der Steuereinrichtung (21) in Verbindung steht.
Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Seilwinde (22), einem Windenantrieb (24) mit einem Hydraulikmotor, einer Steuereinrichtung (21) und einer ersten Druckenergiequelle (20), mit welcher der Hydraulikmotor über eine erste Hydraulikleitung verbunden ist, bei dem – für ein Heben und Senken in der Steuereinrichtung (21) ein erster Betriebsmodus eingeschaltet wird, – ein zweiter Betriebsmodus eingeschaltet wird, um eine Auflast an einem Seil der Seilwinde (22) einzustellen, und – zumindest im zweiten Betriebsmodus mittels eines Druckaufnehmers (8) in der ersten Hydraulikleitung ein mit der Auflast korrelierter Druck gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, – dass im zweiten Betriebsmodus zum Einstellen der Auflast mittels eines über die Steuereinrichtung (21) ansprechbaren Ventils (9, 10) ein veränderlicher Volumenstrom aus der ersten Hydraulikleitung abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbremsen und Feststellen der Seilwinde (22) eine Haltebremse (25) vorgesehen wird, welche über die Steuereinrichtung (21) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus das Ventil (9, 10) zunächst geschlossen wird und mit dem Druckaufnehmer (8) ein Druck erfasst wird, welcher mit dem Eigengewicht eines Bohrstranges korreliert ist.